石墨烯的制备及电化学性能研究
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电化学沉积石墨烯电化学沉积石墨烯是一种利用电化学方法在导电基底表面上制备石墨烯的技术,具有高效、低成本、可控性强等优点。
通过在电极表面施加电流或电压,在适当的电解质溶液中,可使石墨烯通过还原反应从溶液中析出并沉积到电极表面上。
这种方法能够实现对石墨烯的定向生长,控制石墨烯的形貌和结构,为其性能调控提供了可能。
电化学沉积石墨烯的原理基本上是通过在电化学条件下还原石墨烯的前体物质,将单层或多层石墨烯沉积于电极表面。
在电解质溶液中,由于电场的作用,石墨烯的前体(如氧化石墨烯)在电极表面上发生还原反应,最终形成石墨烯结构。
通过调节电解质浓度、电流密度、反应时间等参数,可以实现对沉积石墨烯的厚度、形貌、结构等方面的控制。
在电化学沉积石墨烯的过程中,电解质的选择至关重要。
一般来说,常用的电解质有硫酸铜、硫酸铁等。
这些电解质在电解质溶液中离子化后能够提供氧、硫等原子给石墨烯前体,以实现其还原的目的。
同时,对于特定的石墨烯前体,还需要选用相应的电解质以获得最佳的沉积效果。
电化学沉积石墨烯技术具有很高的可控性和可扩展性。
通过调节电解质浓度、电流密度、反应时间等参数,可实现对石墨烯的质量、形貌和结构的精确控制。
相比于其它制备方法,电化学沉积石墨烯所需的设备简单、成本较低,适用于大面积、大规模的制备。
此外,电化学沉积石墨烯还可以在各类导电基底表面进行制备,为其在电子器件、储能器件、传感器等领域的应用提供了广阔的空间。
然而,电化学沉积石墨烯技术也存在一些挑战和不足之处。
首先,其所制备的石墨烯质量和结构受到电沉积工艺的影响,需要在实验中进行较多的优化工作。
其次,电化学沉积石墨烯通常需要较长的沉积时间才能获得理想的石墨烯质量,这在某种程度上限制了其在工业化生产中的应用。
此外,电化学沉积石墨烯技术中存在着一定的前体物质的选择和前体还原程度的控制的难度,需要进一步的研究和发展。
综合来看,电化学沉积石墨烯技术是一种具有很大发展潜力的石墨烯制备方法。
石墨烯聚苯胺复合材料的制备及其电化学性能一、本文概述本文旨在探讨石墨烯聚苯胺复合材料的制备工艺及其电化学性能。
石墨烯,作为一种二维的碳纳米材料,因其出色的电导性、高比表面积和良好的化学稳定性,在电化学领域具有广泛的应用前景。
聚苯胺,作为一种导电聚合物,具有良好的电化学活性和环境稳定性。
将石墨烯与聚苯胺复合,可以充分发挥两者的优势,提高复合材料的电化学性能。
本文将首先介绍石墨烯和聚苯胺的基本性质,然后详细阐述石墨烯聚苯胺复合材料的制备方法,包括溶液混合法、原位聚合法等。
随后,通过对制备的复合材料进行结构表征和电化学性能测试,分析其电化学性能的影响因素及优化条件。
本文还将讨论石墨烯聚苯胺复合材料在超级电容器、锂离子电池等电化学器件中的应用潜力,并展望其未来的发展前景。
通过本文的研究,旨在为石墨烯聚苯胺复合材料的制备和应用提供理论支持和实践指导,推动其在电化学领域的广泛应用。
二、石墨烯聚苯胺复合材料的制备方法石墨烯聚苯胺复合材料的制备是一个融合了化学合成和纳米材料制备技术的复杂过程。
这种方法的关键步骤包括石墨烯的制备、聚苯胺的合成以及两者的复合。
我们需要制备高质量的石墨烯。
这通常通过化学气相沉积(CVD)法、氧化还原法或剥离法实现。
其中,氧化还原法是最常用的一种方法,它通过将天然石墨与强氧化剂反应,生成氧化石墨,再经过热还原或化学还原得到石墨烯。
接下来,我们合成聚苯胺。
聚苯胺的合成通常通过化学氧化聚合法进行,如使用过硫酸铵作为氧化剂,在酸性条件下将苯胺单体氧化聚合,生成聚苯胺。
制备石墨烯聚苯胺复合材料的核心步骤是将石墨烯和聚苯胺进行有效复合。
这可以通过溶液混合法、原位聚合法或熔融共混法实现。
其中,溶液混合法是最常用的一种方法。
将石墨烯分散在适当的溶剂中,然后加入聚苯胺溶液,通过搅拌或超声处理使两者充分混合。
随后,通过蒸发溶剂或热处理使复合材料固化。
为了进一步提高复合材料的性能,我们还可以在制备过程中引入其他添加剂或进行后处理。
石墨烯的制备及其电化学性能分析杨晨;刘丽来;邢善超;徐新龙;杜新伟;刘红斌【摘要】以大鳞片石墨制备的膨胀石墨(EG)为原料,采用改进的Hummers法制备氧化石墨,采用NaBH4化学还原制备石墨烯.采用扫描电镜和X射线衍射仪对化学还原后的石墨烯进行形貌和结构表征,应用电池测试系统对样品进行循环伏安(CV)、恒流充放电等电化学性能测试.结果表明:石墨烯电极在电流密度100mA·g-1时的首次放电比容量达1900mAh·g-1;经100个循环周期后石墨烯电极比容量为450mAh·g-1;在不同电流密度下循环50次,再回到100mA·g-1时,仍保持首次循环92%的比容量.【期刊名称】《化学工程师》【年(卷),期】2014(028)011【总页数】5页(P82-86)【关键词】膨胀石墨;石墨烯;锂离子电池;电化学性能【作者】杨晨;刘丽来;邢善超;徐新龙;杜新伟;刘红斌【作者单位】黑龙江科技大学环境与化工学院,黑龙江哈尔滨150022;黑龙江科技大学环境与化工学院,黑龙江哈尔滨150022;黑龙江科技大学研究生学院,黑龙江哈尔滨150022;黑龙江科技大学环境与化工学院,黑龙江哈尔滨150022;黑龙江科技大学研究生学院,黑龙江哈尔滨150022;黑龙江科技大学研究生学院,黑龙江哈尔滨150022【正文语种】中文【中图分类】O646石墨烯是碳原子以sp2杂化轨道组成的碳六元环状呈蜂巢状的单片层薄膜,厚度仅相当于一个碳原子尺寸,是碳类材料的基本组成单元[1]。
石墨烯具有较高的电子传导性,较大的比表面积(2630m2·g-1)[2]以及较高的理论储锂容量(744mAh·g-1)[3],作为锂离子电池负极材料时具有独特的优势[4,5]:石墨烯的导电性使其本身具有电子传输性能,而导热性则确保其使用过程中的稳定性;石墨烯纳米片层结构缩短Li+传输路径,较大的层间距更有利于Li+的扩散传输。
石墨烯电极的制备及其电化学特性研究一、前言石墨烯,作为一种新兴的二维材料,具有优异的机械、电学、热学性能,因此引起了广泛的研究兴趣。
其中,石墨烯电极的制备及电化学特性研究则相当重要。
本文将从材料学角度探讨石墨烯电极的制备方法及其电化学特性,以期帮助读者更好的理解该材料在电化学领域的应用。
二、石墨烯电极制备方法1、机械剥离法机械剥离法是最早也是最常用的石墨烯制备方法之一。
具体方法是:在高度保护的环境中,用胶带等工具逐层剥离石墨烯单层,再将单层石墨烯移植到衬底上形成电极。
优点在于简单易行,易于控制石墨烯层数,但其缺点是操作难度高,且无法对石墨烯进行大面积的制备。
2、化学气相沉积法化学气相沉积法是一种大规模生产石墨烯的方法,具体方法是:将石墨衬底放置于炉中,利用热化学反应在衬底上形成石墨烯膜。
这种方法的优点是制备简单且易于控制膜的厚度和面积,但缺点是过程中产生的废气有毒且难以处理。
3、化学还原法化学还原法是将氧化石墨烯转化为石墨烯的一种方法。
具体方法是:将氧化石墨烯与还原剂混合然后加热至一定温度,最终得到石墨烯单层。
这种方法的优点是易于控制单层数量和化学成分,但其缺点是影响物理性质且需要在高温下进行操作。
三、石墨烯电极电化学特性研究1、电催化性质石墨烯电极具有很高的电化学催化活性。
石墨烯中的电子云结构可以促进反应物或中间体的吸附,因此其在电化学催化反应中表现出优异的性能。
例如,石墨烯可用作高效的氧还原反应(ORR)催化剂,用于制备质子交换膜燃料电池(PEMFC)和金属空气电池(MFC)等能量转换系统。
2、光电性质石墨烯电极还表现出优异的光电性质,这一点得益于其优良的电子输运和光电响应性能。
石墨烯还可以用于制备柔性太阳能电池、光控开关器等器件。
3、传感性质石墨烯电极还可用于制造高灵敏度的传感器。
石墨烯的电子结构和2维的结构特性使其具有高度的灵敏度和选择性,因此可用于制备气体传感器、生物传感器等应用。
四、结语以上所述,石墨烯电极的制备及电化学特性研究至今还在不断的发展中。
氮掺杂石墨烯的制备及其电化学性能研究随着电化学技术的发展,石墨烯及其衍生物已经成为了材料科学领域最受瞩目的研究对象之一。
相比普通石墨烯,氮掺杂石墨烯具有更好的电化学性能,因此在电化学催化、光催化、电池等方面具有广泛的应用前景。
本文将着重介绍氮掺杂石墨烯的制备及其电化学性能研究。
一、氮掺杂石墨烯的制备氮掺杂石墨烯的制备方法主要有化学气相沉积(CVD)、氧化石墨烯还原法、溶剂热法、氮气等离子体处理法等。
其中,化学气相沉积是一种常用的方法,通过在高温下,将石墨烯材料与氧化氮等气体接触,可以使石墨烯中的部分碳原子被氮原子替换,形成氮掺杂石墨烯。
而溶剂热法则是利用常用的化合物如尿素,在高温下对氧化石墨烯进行还原,同时实现氮元素的掺杂,从而得到氮掺杂石墨烯。
此外,氮气等离子体处理法也是一种常用的方法,通过将氮气等离子体照射到石墨烯表面,利用空穴效应实现碳原子和氮原子的置换。
二、氮掺杂石墨烯的电化学性能在氮掺杂石墨烯的电化学研究中,最常见的就是将其应用于电化学催化和电池等方面。
以电化学催化为例,氮掺杂石墨烯在电催化中有着广泛的应用前景。
这是因为,相较于普通的石墨烯,氮掺杂石墨烯中存在着大量的氮杂质原子,这些原子能够显著地改变石墨烯的电子结构,促进部分反应的发生。
此外,还有研究表明,氮掺杂石墨烯还能够作为电池正/负极材料,嵌入/脱嵌锂离子,显示出了在电池领域的广泛应用潜力。
另外,氮掺杂石墨烯的电化学性能也在其他领域得到了广泛应用。
例如,将其应用于光催化领域中,研究表明,氮掺杂石墨烯与铁离子等材料复合后,可作为一种高效的光催化剂,对有机污染物有着良好的催化降解效果。
此外,还有部分研究表明,氮掺杂石墨烯可以应用于超级电容器领域等。
三、氮掺杂石墨烯的应用前景和挑战综上所述,氮掺杂石墨烯作为一种新型的二维材料,在电化学领域具有广泛的应用前景。
尽管其在电化学催化、电池等方面已经取得了一些进展,但是仍面临着许多挑战。
例如,其制备过程中存在着实现氮元素掺杂效率低、材料稳定性差等问题,同时在应用过程中,其与其他金属材料复合的性能优劣仍存在争议。
电化学法石墨烯电化学法是一种合成石墨烯的常用方法之一。
石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维材料,具有优异的电子、热传导性能以及高度的机械强度。
电化学法可以通过控制电解液中的化学反应,在电极上制备石墨烯。
在电化学法中,通常使用氧化石墨(GO)作为起始材料。
首先,将GO溶解在适当的溶剂中,形成GO溶液。
然后,在两个电极上施加电压,通过阳极氧化和阴极还原的反应,将GO 还原为石墨烯。
一般来说,阳极一般由金属材料制成,例如铂或不锈钢,而阴极可以是碳材料或金属材料。
电化学法合成石墨烯的主要优势是制备过程简单,可控性强,可以在大面积、连续生产石墨烯。
此外,电化学法合成的石墨烯在电子器件等领域具有广泛应用前景,因为它具有较高的电导率和良好的透明性。
然而,电化学法合成的石墨烯也存在一些缺点,例如合成过程中需要控制电流密度、温度和时间等参数,以确保石墨烯的质量和一致性。
此外,电化学法合成的石墨烯可能存在多层薄片或缺陷,因此后续的处理和处理步骤可能需要进一步提高石墨烯的质量。
总的来说,电化学法是一种重要的石墨烯合成方法,具有许多优点和应用前景。
随着研究和技术的不断发展,电化学法合成石墨烯的效率和质量将会得到进一步提高。
除了上述电化学还原法,电化学剥离法也是一种常用的电化学合成石墨烯的方法。
电化学剥离法主要通过在石墨电极上施加电压,在电极表面生长出石墨烯,并通过剥离的方式将石墨烯从电极上分离。
具体步骤如下:首先,在石墨电极表面形成一层氧化物保护层,例如氧化铜(Cu2O)或氧化锌(ZnO);然后,在保护层上施加电压,使含有碳原子的分子在保护层上形成石墨烯;最后,通过适当的方法(例如化学剥离或机械剥离)将石墨烯剥离出来。
与电化学还原法不同,电化学剥离法可以在常温下进行,并且对材料的选择更加灵活。
此外,电化学剥离法制备的石墨烯通常具有较高的质量和单层厚度,适用于许多应用领域,例如电子器件、传感器和储能材料等。
值得注意的是,电化学法合成的石墨烯通常还需要进一步进行后续处理,以去除可能存在的副产物、杂质和多层薄片。
《石墨烯的制备及在超级电容器中的应用》篇一一、引言随着科技的进步,纳米材料的应用已经引起了科学界的广泛关注。
在众多纳米材料中,石墨烯因其独特的物理、化学性质,特别是其超高的电导率和极大的比表面积,已成为近年来材料科学领域的研究热点。
本篇论文旨在深入探讨石墨烯的制备方法以及其在超级电容器中的应用。
二、石墨烯的制备石墨烯的制备方法多种多样,常见的包括机械剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法等。
1. 机械剥离法:此方法主要是通过机械力将石墨薄片剥离成单层或多层石墨烯。
此法虽然可以制备出高质量的石墨烯,但生产效率较低,不适合大规模生产。
2. 化学气相沉积法:此法通过在高温条件下使气体中的碳原子在基底上沉积形成石墨烯。
此法可以制备大面积的石墨烯,但制备过程需要高温和特定的气体环境。
3. 氧化还原法:此法首先通过强酸等化学试剂将天然石墨氧化,形成氧化石墨(GO),然后通过还原GO得到石墨烯。
此法生产效率高,成本低,适合大规模生产。
三、石墨烯在超级电容器中的应用超级电容器是一种具有高能量密度和高功率密度的储能器件,而石墨烯因其独特的物理性质,使其成为超级电容器的理想材料。
1. 石墨烯的电化学性质:石墨烯具有超高的比表面积和良好的导电性,这使其在电化学反应中能够提供更多的活性位点,从而提高电容器的电容量。
2. 石墨烯在超级电容器中的应用:由于石墨烯的优异性能,其被广泛应用于超级电容器的电极材料。
在电极中,石墨烯不仅可以提供大量的电荷传输通道,还可以通过其大比表面积提供更多的电荷存储空间。
此外,石墨烯的优异导电性可以降低电极的内阻,从而提高电容器的充放电速率。
四、结论随着科技的发展,石墨烯的制备技术已经越来越成熟,其在超级电容器中的应用也越来越广泛。
未来,随着对石墨烯性能的深入研究以及制备技术的进一步优化,石墨烯在超级电容器以及其他领域的应用将更加广泛。
同时,我们也需要关注到石墨烯在实际应用中可能面临的问题和挑战,如成本、环境影响等,以期在未来的研究中找到更好的解决方案。
《石墨烯-碳化钛衍生碳复合材料的制备及其电化学性能研究》篇一石墨烯-碳化钛衍生碳复合材料的制备及其电化学性能研究一、引言随着科技的发展,能源存储与转换技术已成为当今社会发展的重要驱动力。
在众多材料中,石墨烯/碳化钛衍生碳复合材料因其独特的物理和化学性质,在电化学领域表现出巨大的应用潜力。
本文旨在探讨石墨烯/碳化钛衍生碳复合材料的制备方法及其电化学性能研究,以期为该类材料的应用提供理论依据和实验支持。
二、制备方法1. 材料选择与预处理本实验选用的原材料为石墨烯和碳化钛。
首先,对石墨烯和碳化钛进行预处理,以提高其反应活性。
具体方法为:将石墨烯和碳化钛分别在真空干燥箱中干燥,以去除其中的水分和杂质。
2. 制备过程将预处理后的石墨烯和碳化钛按照一定比例混合,通过高温热解法进行复合。
在热解过程中,石墨烯与碳化钛发生化学反应,生成衍生碳。
通过控制热解温度和时间,可得到不同结构和性能的复合材料。
三、电化学性能研究1. 电池性能测试将制备好的石墨烯/碳化钛衍生碳复合材料作为电池负极材料,进行电池性能测试。
通过恒流充放电测试、循环伏安测试等方法,分析其充放电性能、循环稳定性和倍率性能等电化学性能。
2. 电极材料表征采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等手段对电极材料进行形貌观察和结构分析。
同时,利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱等手段对材料的晶体结构和化学成分进行分析。
四、结果与讨论1. 制备结果通过高温热解法成功制备了石墨烯/碳化钛衍生碳复合材料。
通过调整热解温度和时间,可得到不同结构和性能的复合材料。
2. 电化学性能分析(1)充放电性能:石墨烯/碳化钛衍生碳复合材料作为电池负极材料,具有较高的比容量和较好的充放电性能。
在充放电过程中,复合材料表现出较高的库伦效率,说明其具有良好的循环稳定性。
(2)循环稳定性:经过多次充放电循环后,石墨烯/碳化钛衍生碳复合材料的容量保持率较高,表明其具有良好的循环稳定性。
二氧化锰-三维结构石墨烯电极材料制备及电化学性能共3篇二氧化锰/三维结构石墨烯电极材料制备及电化学性能1二氧化锰/三维结构石墨烯电极材料制备及电化学性能随着能源需求的不断增长和环境问题的日益突出,新型高性能电化学储能设备受到越来越广泛的关注。
二氧化锰/三维结构石墨烯电极材料作为一种新型的电化学储能材料,具有较高的比电容和循环性能,在超级电容器和锂离子电池中都有广泛的应用。
本文主要介绍二氧化锰/三维结构石墨烯电极材料的制备与电化学性能。
一、制备方法二氧化锰/三维结构石墨烯电极材料的制备一般采用两步法,首先制备石墨烯泡沫材料,再利用化学气相沉积技术将二氧化锰负载在石墨烯泡沫材料表面,最终得到二氧化锰/三维结构石墨烯电极材料。
1. 制备石墨烯泡沫材料制备石墨烯泡沫材料的方法有多种,如化学气相沉积法、物理气相沉积法、化学氧化还原法等。
本文介绍一种干法化学剥离法制备石墨烯泡沫材料的方法。
将天然石墨在高温下处理,使其表面产生氧化物,然后将氧化后的天然石墨和聚乙烯醇溶液混合,并通过超声波剥离得到石墨烯泡沫材料。
最后将石墨烯泡沫材料热处理,得到具有三维结构的石墨烯泡沫材料。
2. 负载二氧化锰将制备好的石墨烯泡沫材料浸泡在含有二氧化锰前体溶液的乙醇中,然后通过化学气相沉积技术将二氧化锰沉积在石墨烯泡沫材料表面。
最终得到二氧化锰/三维结构石墨烯电极材料。
二、电化学性能二氧化锰/三维结构石墨烯电极材料的电化学性能一般通过循环伏安法、电化学阻抗谱等测试手段进行测试。
1. 循环伏安法测定循环伏安法是一种常用的电化学测试方法,可以用于测试电化学反应的物理化学特性和电化学反应动力学特性。
将测试样品放置于电极中,在特定电位范围内进行循环伏安扫描,记录扫描图像。
通过扫描图像可以获得电极的片儿式容量、比电容、电化学反应动力学特性等数据。
2. 电化学阻抗谱测试电化学阻抗谱测试是一种可以获得电极电化学行为信息的测试方法。
将测试样品放置于电极中,施加一定的交流电压,记录阻抗谱。
石墨烯研究报告石墨烯是一种由碳原子薄层构成的材料,具有许多独特的物理和化学性质,使其在电子学、电磁学、力学和光学领域中展现出重要的应用前景。
近年来,石墨烯的研究迅速发展,在各个领域中都取得了重要的成果和突破。
一、最新石墨烯研究成果1.提高石墨烯量子化合成效率的新方法石墨烯量子化合成是一种利用金属催化剂在气相中将碳原子聚集成石墨烯的方法。
由于石墨烯的高表面能和化学惰性,使其在制备过程中难以控制,从而导致反应产物不确定、量子化合成效率低下等问题。
为了解决这个问题,研究人员提出了一种新的方法——在反应过程中加入适量的乙烯,可以有效提高石墨烯的量子化合成效率。
根据发表在ACS Nano上的最新研究论文,使用这种新方法制备的石墨烯,结晶度更高、结构更完整,并具有更好的导电性能和可控性。
2.石墨烯在DNA纳米电子学中的应用DNA纳米电子学是一种与基因组学、纳米技术和电子学相关的交叉学科领域。
最近,研究人员发现,石墨烯可以用于制备DNA纳米电子学中的电极、传感器和探针等。
这是因为石墨烯具有高度可调控的电导性和相对稳定的生物相容性。
关于这一点,Research Fellow Krishnan Shrikanth博士在接受媒体采访时表示,“我们的研究解决了DNA转录的可控和准确性问题,同时也展现出石墨烯在基因测序、基因诊断和纳米药物递送中的潜力。
”3.利用石墨烯改善水氧化还原反应效率的新途径水氧化还原反应是一种非常重要的电化学反应,具有广泛的应用领域,如能源、环境和化学生产等。
由于石墨烯具有高表面积、良好的电化学特性和生物相容性等独特性质,近年来被广泛应用于水氧化还原反应中。
最近,研究人员发现,通过控制石墨烯与金属离子的相互作用,可以实现更高效的水氧化还原反应。
这种新途径将在开发新型电化学催化剂和改进电池和燃料电池等重要应用方面具有重要的作用。
二、石墨烯的应用前景石墨烯在电子学、电磁学、力学和光学领域中具有重要的应用前景,其中一些可能打破传统技术的局限。
目录摘要 (I)Abstract ......................................................................................................................... I I 1 引言 (1)1.1 石墨烯的制备 (2)1.1.1 机械剥离法 (2)1.1.2 电化学剥离法 (2)1.1.3 化学气相沉积法 (3)1.2 石墨烯电极材料的制备 (5)1.3 石墨烯电极材料电化学性能测试 (5)2 实验部分 (6)2.1 实验试剂 (6)2.2 实验仪器 (6)2.3 RHAC和GQDs的制备 (6)2.4 RHAC-GQDs的制备 (6)2.5 电极制备和电池组装 (7)3 结果和讨论 (8)3.1 分析了RHAC的比表面积和孔隙结构 (8)3.2 GQDs的拉曼光谱和荧光光谱分析 (8)3.3 红外光谱分析 (8)3.4 XRD分析 (8)3.5 扫描电镜分析 (9)3.6 循环伏安法测试分析 (9)3.7 恒流充放电试验分析 (9)3.8 电化学阻抗分析 (10)4 结论与展望 (12)4.1 结论 (12)4.2 主要创新点 (12)4.3 展望 (12)参考文献 (13)致谢............................................................................................ 错误!未定义书签。
摘要石墨烯由于其十分优异的电学、热学和机械性能及优良的透光率、比表面积大等优势而广泛的受到人们追捧。
尤其是在2004年成功制得稳定存在的石墨烯之后,更是兴起了一股研究石墨烯的潮流。
如何成本低廉、面积大、数量丰富、质量优异的制备石墨烯,并将其应用在实际生产中是研究人员努力的目标。
本文主要对这几年中一些改善的或新的石墨烯的制备方法以及其电化学性能做了综述,从中可以看到石墨烯在电学方面存在巨大的发展潜力。
作为石墨烯家族的一员,石墨烯量子点(GQDs) 的纳米尺度仅仅只有几纳米。
采用高温加热干燥的方法制备得到石墨烯量子点,由石墨烯量子点对稻壳基活性炭进行修饰,发现其作为锂离子电池电极具有良好的电化学性能。
结果表明,通过引入石墨烯量子点,电极的电荷转移电阻明显减少(从577.7Ω减少到123.9Ω),锂离子扩散系数增加了175倍。
同时,引入石墨烯量子点提高和改善电池的循环稳定性有很好的效果。
AbstractGraphene has attracted attention due to its excellent electrical, thermal and mechanical properties, high light transmittance and large specific surface area.In particular, after the successful preparation of stable graphene in 2004, there was a trend of research on graphene.How to prepare graphene cheaply, in large areas, in large quantities and with excellent quality, and apply it to practical production is the goal of the researchers.This paper mainly reviews some improved or new preparation methods and electrochemical properties of graphene in the past few years, from which we can see that graphene has great potential in the field of electricity.As a member of the graphene family, graphene quantum dots (GQDs) have nanoscale dimensions of several nanometers.The graphene quantum dots were prepared by heating and drying at high temperature. The rice husk-based activated carbon was modified by the graphene quantum dots. It was found that the graphene quantum dots had good electrochemical performance as the electrode of lithium ion battery.Results show that with the introduction of graphene quantum dots, the charge transfer resistance electrode decreased significantly (Ω reduced from 577.7 to 123.9 Ω), lithium ion diffusion coefficient increased by 175 times.At the same time, the introduction of graphene quantum dots can greatly improve the cycling stability of the battery.Key Words:Graphene; Preparation; Graphene quantum dots; Lithium ionbattery; Electrochemical property1引言石墨烯的结构是一种二维蜂窝状点阵结构,主要组成形式是由碳六元环。
石墨烯不仅仅可以翘曲富勒烯,还能够卷曲成炭纳米管或者堆积成石墨。
由此可见,构成其他类石墨材料的基本组成单元是石墨烯。
理想的石墨烯构造是一种平面六边形的点阵,任一碳原子都与其他3个相邻的碳原子之间形成3个连接十分稳固的σ键,残余的一个P电子在垂直石墨烯平面的方向上,与周围原子形成贯通全层的大π键,此电子可以自由移动,赋予石墨烯优良的导电性。
石墨烯不仅仅有结构稳定的优点,还有高导热、高强度等优点。
石墨烯的上述种种优点使其在光、电、热等领域具有广阔的应用前景。
在复合材料方面,石墨烯更以其独特的性能独领风骚。
很多研究者认为石墨烯纳米填料的力、电以及热增强复合材料的应用将会迅速发展并风靡世界。
同时,如何制备出成本低廉、质量好的石墨烯成为研究的重点。
近年来,生物质废弃物以其低成本、环保、可回收利用等优点,成为一种功能性材料,受到国内外研究者的广泛关注。
此外,活性炭作为生物质废弃物的高附加值产品,具有高比表面积和丰富的空腔,具有良好的电化学性能。
到目前为止,对活性炭电化学性能的研究主要集中在双层电容和超级电容的应用上。
多孔活性炭、碳纤维、碳气凝胶、碳纳米管及石墨烯等碳材料家族成员作为超级电容器电极材料中常客,被应用于各种超级电容器电极材料中。
碳材料是一种以双电层电容储能机理为主的电极材料,这在电极材料中是十分典型的,这归功于其特殊的结构:多孔结构。
因此,碳基超级电容器的比电容上限受碳材料的比表面积影响,比表面积越大,就能够与更多的电解液充分接触形成界面,从而储存更多的电荷。
Yang 等人以柠檬酸钠为前驱体,制备了厚度约10 nm 的超薄多孔碳壳,在MKOH电解液中测试得比电容为251 F·g -1。
Xu 等人采用KOH 活化聚氨酯海绵模板上的氧化石墨烯制备了层状的多孔碳,能量密度高达89 Wh/Kg。
张勇等人采用氧化还原法制备了高品质石墨烯,在MNa2SO4电解液中,2 mV/s 扫速的条件下测试的比电容为123 F·g -1 。
李子庆等采用硫脲对氧化石墨烯进行还原和掺杂,制备出了硫氮共掺杂的石墨烯(SNG),在1A·g -1 的电流密度下,SNG 的比电容高达197.2F·g -1。
Jin 等人采用浸渍-干燥工艺和电泳沉积在PETC 上构建了碳纳米管-石墨烯的三维导电网络,大大的提高了电子运输速率,缩短电解液离子扩散距离。
刘力源等人采用原位聚合法制备了由4-氨基二苯胺修饰的多壁碳纳米管,经高温炭化后成功制备出氮掺杂的多壁碳纳米管,氮掺杂的碳纳米管比电容较为掺杂的提升200%。
相比之下,关于生物质碳作为锂离子电池电极的报道较少。
Fey等人通过稻壳高温热解得到活性炭,证明了以稻壳为基础的活性炭作为电极材料可以改善锂离子电池的电化学性能。
虽然这种锂离子电池具有较高的比容量,但效率仍然较低,需要做进一步的规范和改进。
同样,Li等人从葡萄柚皮中提取活性炭。
然后,用掺杂feo的活性炭作为锂离子电池的负极材料。
研究证明,在高电流密度下,锂离子电池的放电比容量仍然很高。
1.1石墨烯的制备石墨烯在很多方面都很有前途,石墨烯的应用包括导电填料,油墨和涂层;热界面材料;电子和光子学材料;由于其高导电性,机械强度大,可批量生产。
因此,研究工作致力于优化石墨烯的制备工艺,提高石墨烯的质量这些产品从未停止出现。
目前制备石墨烯的方法主要有:机械剥离法、电化学剥离法、化学气相沉积法、化学氧化还原法等。
1.1.1机械剥离法目前微机械分离法是最常用的方法,也是一种比较常规的方法。
该方法就是机械剥离法是利用机械作用力将天然石墨逐层剪切剥开来,得到少层甚至单原子层石墨烯。
该方法优点是便于操作、石墨烯缺陷少、具有较好的物理性能。
缺点是产出效率不高、制备过程不易控制、难以批量生产,在实际当中很难得到大规模应用。
张梓晗等通过对石墨进行机械解理来制备石墨烯,得到了结构较完整,尺寸可调控的石墨烯,可满足多个领域的应用。
唐多昌等在机械剥离的方法基础上制备出了单层或2~3 层的石墨烯。
1.1.2电化学剥离法采用电化学方法制备了高收率(85%)的石墨烯在近年来兴起,由于其简单和相当的效率。
这是更环保,更高效,不需要化学或热还原。
Khaled Parvez 等人在无机盐水溶液中对石墨剥落成石墨烯进行了研究。
然而,这一过程阳极剥离水分子不可避免地产生羟基和氧自由基氧化并在石墨烯片表面产生缺陷。